Forschungscampus Flexible Elektrische Netze (FEN): Systematischer und applikationsweiter Vergleich leistungselektronischer Wandler und Komponenten für DC-Netze (ScaLE)

Abstract

Leistungselektronische Wandler und ihre Komponenten sind eine Schlüsseltechnologie für die Entwicklung und Marktdurchdringung von zukünftigen DC-Netzen und deren Anwendungsszenarien. Die dafür benötigten leistungselektronischen Wandler unterscheiden sich allerdings nicht nur auf Basis des Anwendungsszenarios und der Randbedingungen, sondern insbesondere auch hinsichtlich ihrer Topologie. Eine dedizierte Eingrenzung und Auswahl der bestmöglichen Topologie für ein gegebenes Anwendungsszenario ist aufgrund der Topologievielfalt äußerst umfangreich. Dies führt dazu, dass die initiale Topologieauswahl in der Pre-Designphase häufig anhand von subjektiven Erfahrungswerten getroffen wird. Um vielversprechende Topologien und deren Permutationen nicht schon im Vorfeld der eigentlichen Designphase auszuschließen, müssen intelligente Algorithmen erforscht werden, die einen systematischen Vergleich und eine Bewertung unterschiedlichster Topologien für gegebene Anwendungsszenarien ermöglichen. Im Projekt ScaLE wurde ein Algorithmus erforscht, der einen applikationsübergreifenden und systematischen Vergleich zwischen DC-DC-Wandlertopologien durchführt und ein optimiertes initiales Design eines Wandlers ermittelt. Der Algorithmus wurde durch im Projekt erforschte hochoptimierte Komponenten und Forschungsmuster parametriert und verifiziert. Hinsichtlich des entwickelten Multiportwandlers hat das ISEA gleich in mehreren Bereichen signifikante Fortschritte gemacht, bspw. bei der deutlich vereinfachten Modellierung und Auslegung von Multiporttransformatoren und der hocheffizienten sowohl stationären als auch dynamischen Betriebsweise. Multiporttopologien zeichnen sich in allen Anwendungsbereichen oft durch eine extrem hohe Komplexität aus, die im Projekt ScaLE durch innovative Ansätze reduziert werden konnte, die zu einer breiteren Anwendung dieser effizienten und ressourcenschonenden Topologien beitragen können.